The Solarest موقع عربي مختص في الطاقة الشمسية من اخبار وفيديوهات تعليمية
مقالات مشابهة
مؤخراً شاهدنا تنفيذ العديد من مشاريع الطاقة الكهروضوئية على سطح الماء والتي تعرف بأنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems)، وهنا يأتي السؤال لماذا تم التوجه إلى هذا النوع من التركيبات؟ مع أنه سوف يزيد من تعقيد هذه الأنظمة سواء من النواحي التصميمة أو التنفيذية أو التشغيل والصيانة.
رسم تخطيطي يوضح مكونات مشروع نظام طاقة كهروضوئية عام كبير.
1. لماذا تم التوجه إلى هذا النوع من الأنظمة؟
السبب الرئيسي في التوجه إلى أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems) هو عدم توافر المساحات الأرضية الكافية في بعض البلدان لتركيب أنظمة الطاقة الكهروضوئية الاعتيادية، أو الحاجة إلى استغلال المساحات المتوافرة لأغراض أخرى مثل الزراعة والصناعة وخصوصاً في البلدان والمدن المكتظة سكانياً.
تحقق أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems) بعض الفوائد الأخرى مقارنة مع الأنظمة الأرضية:
1- استغلال البنية التحتية الموجودة في محطات الطاقة المائية (Hydro-power Plants) لنقل الكهرباء التي يتم توليدها.
2- قرب هذه المحطات من مراكز الأحمال (في حال كان التركيب على أسطح الخزانات او المسحطات المائية في المدن).
3- العمل بكفاءة أفضل بسبب التبريد المستمر للألواح وانخفاض الخسائر الناتجة عن تراكم الأتربة (Soiling Loss).
4- الاستفادة من محطات الطاقة المائية (Hydro-power) لتخفيف حدةّ تغير انتاجية نظام الطاقة الكهروضوئية (Intermittency).
ومن الفوائد الأخرى لمحطات الطاقة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems) أيضاً:
5- تقليل تبخر المياه من السدود.
6- تحسين جودة المياه من خلال خفض نمو الطحالب على سطح المياه.
2. حقائق وأرقام
- أول نظام طاقة كهروضوئية عائم (Floating PV System) تم تنفيذه في عام 2007 في اليابان، وبعد ذلك تم تنفيذ عدة أنظمة بحثية في فرنسا، اسبانيا، كوريا والولايات المتحدة الأمريكية.
- بدأ تنفيذ الأنظمة العائمة ذات الأحجام المتوسطة إلى الأحجام الكبيرة نسبياً (أي أكبر من 1 ميجا واط بيك) في عام 2013.
- في عام 2018 تم تنفيذ عدة مشاريع كهروضوئية عام بأحجام اكبر من 100 ميجا واط بيك.
- القدرة الإجمالية لحجم أنظمة الطاقة الكهروضوئية العامة التي تم تركيبها عالمياً والقدرات الاضافية التي يتم تركيبها سنوياً تنمو بشكل أسي كما يوضح الرسم البياني أدناه:
القدرة الإجمالية لأنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems Capacity)،
- في منتصف عام 2018 بلغ حجم إجمالي أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة 1.1 جيجا واط بيك، وهي نفس القدرة الإجمالية لأنظمة الطاقة الكهرضوئية في عام ال2000.
- تبلغ قدرة أكبر مشروع عائم في العالم تم تنفيذه لغاية الآن 150 ميجا واط، وتم تنفيذه في الصين.
أكبر مشروع عائم في العالم بقدرة 150 ميجا واط
3. دراسات الإنتاجية الكهربائية
تختلف دراسات الإنتاجية الكهربائية للأنظمة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems) عن الأنظمة الكهروضوئية الاعتيادية الأرضية بأمرين أساسيين وهما: طريقة حساب خسائر درجة حرارة الألواح التشغيلية (PV Loss due to temperature) بالإضافة إلى خسائر عدم التماثل بين انتاجية الألواح (Module Array Mismatch Loss).
3.1 خسائر درجة حرارة الألواح التشغيلية (PV Loss due to temperature)
بسبب تبخر الماء، يتوقع أن تنخفض درجة حرارة المحيط (ِAmbient Temperature) قرب سطح الماء مقارنة مع درجات الحرارة المقاسة قرب سطح الأرض (Ground Measurements) والتي يتم استخدامها عادةً في برامج محاكاة إنتاجية أنظمة الطاقة الكهرضوئية.
بالإضافة إلى اختلاف درجة حرارة المحيطة، سوف تختلف درجة الحرارة التشغيلية للألواح (PV Modules Operating Temperature) بشكل كبير باختلاف الهيكل المعدني الذي سوف يتم تركيب الألواح الكهروضوئية عليه، هل سوف يشكل فاصل ما بين الألواح وسطح الماء أم لا؟
الطريقة الوحيدة للحصول على بيانات دقيقة عن درجات الحرارة التشغيلية للألواح وبالتالي تحديد الخسائر الناتجة عن ارتفاع درجات الحرارة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة هو قياسها في الموقع! ولسوء الحظ حتى الآن لا يوجد معلومات أو قياسات متاحة لدرجات حرارة المحيط أو درجات الحرارة التشغيلية للألوح قرب سطح الماء.
3.2 خسائر عدم التماثل بين انتاجية الألواح (Module Array Mismatch Loss)
بسبب الأمواج فوق سطح الماء، قد تختلف زوايا التوجيه (PV Module Orientation) من لوح إلى آخر أو من مجموعة ألواح إلى مجموعة أخرى، وبالتالي سوف ترتفع خسائر عدم التماثل (Module Array Mismatch Loss) مقارنة مع أنظمة الطاقة الكهروضوئية الاعتيادية.
حتى الآن لا يوجد أي برنامج محاكاة يمكنه أخذ هذا النوع من الخسائر بعين الاعتبار في دراسات الإنتاجية الكهربائية المتوقعة، لذلك في بعض المشاريع الكهروضوئية العائمة تم التوجه إلى إستخدام جهاز عاكس مع كل لوح (Micro-Inverter) لخفض هذا النوع من الخسائر إلى أقل قدر ممكن.
3.3 دقة دراسات إنتاجية أنظمة الطاقة الكهروضوئية العائمة
بسبب عدم وجود معلومات وقياسات كافية من أرض الواقع لهذا النوع من المشاريع، ترتفع الشكوك في دراسات الإنتاجية وكمية الطاقة الكهربائية المتوقع إنتاجها من هذه الانظمة.
بالإضافة إلى النقطتين التي تم ذكرهما أعلاه (خسائر درجة حرارة الألواح التشغيلية وخسائر عدم التماثل)، تختلف أيضاً بيانات الإشعاع الشمسي التي يتم قياسها بالقرب من سطح الأرض والإشعاع الشمسي الفعلي على أسطح المياه. وهذا يشكل عامل اضافي في صعوبة توقع الإنتاجية الكهربائية بشكل دقيق.
4. التحديات والمعيقات
التحديات والمعيقات الأساسية التي تواجه نمو مشاريع الطاقة الكهروضوئية العائمة (Floating PV Systems) هي:
أ- عدم توافر سجل كبير من المشاريع ذات الأحجام الكبيرة.
ب- عدم اليقين حول تكاليف المشروع.
ج- عدم اليقين حول الأثر البيئي لهذا النوع المشاريع.
د- التصميم والبناء والتشغيل والصيانة في هذا النوع من المشاريع يصبح أكثر تعقيداً.
هـ – عدم توافر معايير عالمية تخص التركيبات الكهربائية على الأسطح المائية.
5. تكلفة المشاريع الكهروضوئية العائمة
لن نخوض في هذا المقال بالتفصيل في كلف المشاريع العائمة مقارنة مع المشاريع الأرضية/ الاعتيادية، وسوف نكتفي بالحديث عن كلف المشروع الرأسمالية والتشغيلية وكلفة توليد الكيلو واط ساعة مقارنة مع الأنظمة الأرضية/ الاعتيادية.
كلفة تنفيذ المشاريع المائية (Floating PV Systems) أعلى بنسبة 10-20% من كلفة المشاريع الأرضية/ الاعتيادية، بينما كلف التشغيل والصيانة سوف ترتفع بنسبة 30-50%. ولكن في المقابل سوف ترتفع كفاءة النظام بسبب التبريد المستمر للألواح بنسبة تتراوح ما بين 5-15% بالاعتماد على مكان تنفيذ المشروع. بالتالي يرى معظم الخبراء العاملين في المجال أن الكلف الإضافية سوف يتم تعويضها بزيادة الإنتاجية ومن الممكن أن تصل كلفة الكيلو واط ساعة (LCOE) للمشاريع العائمة (Floating PV Systems) لكلفة الكليلو واط ساعة في المشاريع الأرضية/ الاعتيادية.
المراجع:
- تقرير للبنك الدولي عن محطات الطاقة العائمة.
- PVsyst Photovoltaic Software “How to adapt PVsyst to floating PV systems ?
